GPS技術在橋梁變形監測中的應用探究

李永產

摘要：隨著我國橋梁建設工程水平的不斷提高，大跨徑橋梁、柔性橋梁以及新型結構的橋梁得到了越來越多的應用，對此橋梁變形監測就顯得尤為重要，也對其提出了更高的要求。文章針對橋梁變形監測當中應用的GPS技術進行系統的研究，根據其理論應用到橋梁工程當中，這對于建立GPS技術和傳感器的應用具有重要的意義。

關鍵詞：GPS技術；橋梁監測；變形監測；橋梁建設工程；橋梁結構 文獻標識碼：A

中圖分類號：U446 文章編號：1009-2374（2016）27-0099-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.046

近些年以來，由于我國交通建設行業已經有了很大的發展，而橋梁交通作為一個重要的樞紐，也得到了更多的重視，其重要性已經不言而喻了。但是隨著橋梁受到不同環境的影響以及使用年限的制約，在安全程度上都會有不同程度的損害，對此為了保障橋梁可以安全的應用就必須要對其進行全面的變形監測管理，同時出具安全報告。我們在介紹橋梁變形監測時主要從幾方面原理切入，從而找出可以適用方法的優缺點，對未來技術進行全方面的展望。

1 GPS在橋梁變形應用中的特點

在我國的交通建設行業當中，有一項重要的任務就是橋梁的基礎建設，在交通建設當中它是非常重要的一個內容。我們所說的橋梁變形監測，指的就是通過現代通信傳感技術等對橋梁在使用期間的不同階段做嚴格的檢測，主要對結構以及在功能方面的狀況進行監控，從而可以全面地了解橋梁的結構情況，及時地發現問題、解決問題。在監測當中可以利用一些相關的因素對其做全面的指標分析，用科學的方法對橋梁進行維護，提供一個更客觀的參照。通過應用GPS在實踐當中來看，它的主要優勢就是可以通過測站點監測，而不需要通過通視就可以全天進行檢測，有著高精準度，利用三維信息更容易操作。如果應用傳統的檢測方法是需要進行相互通視的才能做全面的觀察，如果應用GPS技術會簡單很多，只要對一個點測量就可以了。在傳統監測方法當中一般包括了垂直與平面兩種，如果應用這種方法對橋梁進行監測的話，不僅需要有大量的工作，并且時間也會很長，很難與監測相統一，也很難分析出變形的程度或者發生錯誤。如果應用GPS技術，可以精準地對數據進行動態監測，準確率也較高，并且不會受到天氣因素的影響。利用GPS技術時，我們都會配備相應的設施再對橋梁做全面的監測，還會有接收機，方便用戶通過不同的位置找到準確的監測點，對信息進行分析、收集，最終做到有效的處理。

2 橋梁變形監測的重要意義

橋梁變形指的就是在各種荷載作用下，橋梁的大小、形狀以及位置等方面都會在空間與時間當中受到不同程度的影響，并且超出了允許的變形范圍內，由此帶來不同程度的病害問題。監測橋梁變形的內容具體包括橋梁是否發生了水平位移、橋梁是否出現了沉陷、觀測橋面線形和撓度等方面。對此，為了更好地完成觀測需要，必須要根據橋梁的類型以及它的特點來選擇監測的具體方法。在以往的監測條件下，所應用的方法一般有兩方面，物理學的傳感器法以及常規的測量法。一般情況下我們會應用大地測量法，這種方法是通過水準、測邊以及測角來觀察橋梁的變形狀況，如果是應用這種技術的話，不僅勞動強度高，而且時間也比較長，達不到自動化監測的效果。但是電子水準儀的出現已經可以解決地面測量的難度了，可以實現自動化測量，同時利用攝影測量也可以有效地觀測到橋梁發生變形的問題。如果利用傳感器技術進行測量，也叫做測地機器人，可以替代人工做一個自動搜索和識別，從而更為精準地得到三維坐標、角度以及準確的距離，是智能化的全站儀。在現代化的通訊當中，GPS技術已經得到了廣泛的應用，并且它具有精準的定位功能，可以進行連續觀測，并且為橋梁監測提供了有利的論據。同時GPS技術的發展由于越來越普遍，并且在測量方法上也有了很大的優勢，是其他監測不可比擬的，這也就促使著應用GPS技術系統更為簡單，在監測的同時也具有三維移動的特點，可以更為有效的24小時監測，通過三維形式準確地找到位移的信息，使監測更為簡單化和全面化。

3 GPS技術的設計以及應用方法

在當前，對橋梁的變形監測是預防橋梁結構發生損害的一個重要方法，也是在運營當中不可缺少的一個重要環節，有著重要的作用。監測橋梁的具體方法有四方面的體現：第一，對橋塔變形進行監測。我們主要是為了觀察塔柱的整體性是否有病害、出現斜塔以及柱體出現伸縮量、塔柱的頂部是否發生了位移等方面進行測量；第二，通過觀察橋梁的墩臺是否發生了變形、橋墩臺的水平和垂直是否有位移等狀況；第三，對橋梁的平面位移進行測量，由于長時間的環境影響以及車輛荷載等因素都會對橋梁造成一定的損害，導致橋梁基礎發生位移；第四，要對橋面的撓度進行全面的監測，主要是觀察在荷載作用下是否對橋面以及橋梁的使用年限產生不同程度的影響，是否會發生垂直位移，也就是我們所說的撓度。由于測量橋梁變形的方法有很多方面，但在測量撓度時所應用的方法也包括很多種，其中有水準法、攝影法、懸垂法以及全站儀觀測法等。而監測水平位移的方法也有幾方面的表現，有測角法、導線法、交會法、GPS應用以及基準線法等，這些都是較為精準的測量方法，對此從以上的各種方法來看，GPS技術可以在各種環境下利用，并且有著很高的精準度，更方便可靠，也具有同步性，所以利用GPS監測在未來的橋梁應用當中有著良好的前景。

我們在利用GPS對橋梁進行監測時，必須要符合國家的相關規定以及達到對精準度的要求標準。對橋梁的變形監測基準點重要的是不會影響橋梁的正常使用，在進行觀測時也不會受到條件的限制。布設監測點時必須要在變形較為敏感的位置，并且要具有一定的代表性，可以真實地反映出橋梁的變形狀況。在埋設監測點和基準點時必須要遠離高大的建筑物、雷達站以及電臺等，以免受到不同程度的影響。由于多路徑效應很難用模型進行削弱，所以要盡量避免出現，應用適當的措施。在選定GPS的監測網以及監測點以后，再擬定觀測方案會更加準確，通過實踐我們可以看出，較好的應用方法有四種：第一，可以利用幾部GPS接收機進行同步測量，這也是比較有效的一種方案，在條件允許的情況下，可以每點一機做一個同步的測量；第二，可以做到多期觀測，也就是說對不同時期進行觀測時，接收機的型號不變，數量也可以不變；第三，在進行監測時必須要選擇最佳位置，也要選擇衛星分布最多的時段，可以找到相同的分布是最理想的；第四，在基準點和變形之間的距離不能超過標準的范圍，如果在條件允許的范圍內可以引用高級的GPS作為監測點，從而來提高解算的準確度。此外，在選擇采樣率時也要達到一個精準的程度，同時在采樣期間不能發生變形，必須要處在一個靜止的環境下。

對橋梁變形監測時，可以利用GPS技術，但是前提必須要準確地找出變形監測網的位置，在實際的應用過程當中，監測網是非常重要和關鍵的?？梢詫崿F多臺同步接收機到不同的觀測位置，也可以有效地確保GPS機的數量在一個范圍之內不會發生變化。我們在對橋梁進行相應的觀測時，必須要選擇一個衛星分布較多的時段，如果進行多臺的同步監測則可以產生同步循環，也就是說在觀測時產生的誤差也比較小，一旦發生了誤差可以利用基線進行剔除，但處理后并不會改變監測的結果，同樣存在很高的精度。通過當前形勢可以看出，在監測橋梁變形的過程當中，選擇剔除基線外，還會應用幾種不同的軟件對GPS進行有效的處理，就是為了可以確保監測的準確性，達到預期的效果。而應用粗差法也是一種不錯的監測方法。應用該方法進行監測時，首先要計算好再逐次地進行監測，一直到沒有粗差才能結束，最后對GPS網做一個平差處理，從而才能更好地得到平差，也就是說為了確保它的精準度。我們在處理變網數據時通常會應用兩個以上的基準網更全面、更準確。

如果要對橋梁的變形做相應的分析，就必須要了解產生變形的主要信息，所以要確保監測網可以發揮出更全面的作用，在應用GPS監測網時就要布設多個衛星基準點，同時在選用基準點時必須要再選擇附近的監測網，要具有國家級的GPS點，并且要對其做反復的測量，也要保證它的精準度。觀測變形時，首先是要對不同時期的變形信息做一個全面的分析，再定期地對數據做一個復測，進行一個約束平差以及監測精度的轉化，從而有效地防止在監測時的誤差產生，同時在進行監測時可以分為兩個時段，可以分別在白天進行和夜晚進行。由于現如今的公路交通量是非常大的，尤其是那些中重型的汽車，通過長時間的荷載就會產生很大的震動，所以為了避免噪聲的產生，也為了確保GPS有一個良好的監測環境，我們在夜晚進行監測時最佳的時間段應該在凌晨，也就是天亮之前。

4 結語

我國交通建設行業在當前已經有了很大的發展變化，而道路橋梁作為一個重要的樞紐，得到了越來越多的重視，也有著獨特的重要性。但是隨著時間的變化，橋梁受到不同環境的影響會發生一些變化，這就需要對其進行時刻的變形監測，以確保它的使用安全，而GPS技術應用到橋梁監測中有著很好的效果，根據不同的方法找到最適合的一種，在橋梁未來的發展當中有著非常重要的作用。

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（責任編輯：小 燕）